基于頻率掃描的絕對(duì)距離干涉測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著航空航天、船舶工業(yè)、大型裝備制造業(yè)等多個(gè)行業(yè)的不斷發(fā)展，大型機(jī)械裝備的零件尺寸達(dá)到幾百毫米到幾米，對(duì)零件裝配的定位精度達(dá)到幾十微米以下。在裝配應(yīng)用中，大多采用激光跟蹤儀進(jìn)行測(cè)量，絕對(duì)距離測(cè)量技術(shù)是激光跟蹤儀中的重要技術(shù)。本文討論了不同類型的絕對(duì)距離激光測(cè)距方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)基于頻率掃描測(cè)量方法的激光干涉絕對(duì)距離測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了深入的研究與探索，分析了基于頻率掃描法的干涉測(cè)量系統(tǒng)的原理及其技術(shù)特點(diǎn),研制了一種基于頻率掃描的絕對(duì)距離干

2、涉測(cè)量系統(tǒng)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1）設(shè)計(jì)一種基于頻率掃描的絕對(duì)距離干涉測(cè)量系統(tǒng)。針對(duì)頻率掃描干涉測(cè)量中激光頻率掃描范圍難以直接測(cè)量的問題，采用參考干涉儀作為測(cè)量基準(zhǔn)來避免對(duì)頻率掃描范圍的測(cè)量。本文對(duì)影響測(cè)量精度的主要因素進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了高速同步干涉信號(hào)采集與處理單元，提出基于干涉相位最小二乘擬合的距離解算方法，設(shè)計(jì)了參考干涉儀恒溫控制單元，并搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證系統(tǒng)整體的性能。
　　2）設(shè)計(jì)高速同步干涉信號(hào)采

3、集與處理單元。由于參考和測(cè)量干涉儀的干涉信號(hào)的非同步測(cè)量會(huì)引入測(cè)距誤差，需要同步采集參考和測(cè)量干涉儀的干涉信號(hào)并同步處理同步輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)干涉相信號(hào)的20MHz高速同步采集與高分辨力解算。
　　3）提出基于干涉相位最小二乘擬合的距離解算方法。直接根據(jù)距離計(jì)算公式選擇某兩個(gè)時(shí)刻的相位變化計(jì)算被測(cè)距離的測(cè)量精度較低，且數(shù)據(jù)利用率較低?；趨⒖几缮鎯x與測(cè)量干涉儀相位的線性關(guān)系提出基于干涉相位最小二乘擬合的距離解算方法，減小了相位測(cè)量誤差對(duì)

4、距離測(cè)量精度的影響。
　　4）設(shè)計(jì)參考干涉儀恒溫控制單元抑制材料熱膨脹對(duì)參考長(zhǎng)度的穩(wěn)定性的影響。參考干涉儀的所有器件固定在金屬底板上，受到溫度影響產(chǎn)生熱膨脹會(huì)導(dǎo)致參考長(zhǎng)度的穩(wěn)定性變差。設(shè)計(jì)了基于MSP430單片機(jī)和半導(dǎo)體制冷器(TEC)的溫度控制系統(tǒng)。
　　基于上述研究?jī)?nèi)容，搭建了基于頻率掃描的絕對(duì)距離干涉測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)單元和測(cè)距系統(tǒng)特性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，并與UOI-S500單頻干涉儀進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在200mm